JPH07176324A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH07176324A
JPH07176324A JP5345218A JP34521893A JPH07176324A JP H07176324 A JPH07176324 A JP H07176324A JP 5345218 A JP5345218 A JP 5345218A JP 34521893 A JP34521893 A JP 34521893A JP H07176324 A JPH07176324 A JP H07176324A
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JP
Japan
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positive electrode
lithium
secondary battery
lithium secondary
battery
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Pending
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JP5345218A
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English (en)
Inventor
Koichiro Hikuma
弘一郎 日隈
Koichi Tanaka
浩一 田中
Kazuhiro Noda
和宏 野田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 経済性に優れた正極活物質を使用して電池特
性の良好なリチウム二次電池を得る。 【構成】 リチウムをドープ、脱ドープできる材料、金
属リチウム又はリチウム合金からなる負極と、正極と、
非水溶媒に電解質が溶解されている非水電解液とを備え
るリチウム二次電池において、正極を形成する正極活物
質として、Fe(MoOを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、リチウム二次電池に
関する。より詳しくは、この発明は、特定の正極活物質
を使用することにより、優れた電池特性を安価に達成す
るリチウム二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年のカメラ一体型VTR、電話、ラッ
プトップコンピューター等の電子機器の小型軽量化、ポ
ータブル化に伴い、軽量で高容量の二次電池が求められ
るようになっており、その開発が進められている。その
中でも、リチウム二次電池は、従来から使用されている
ニッケル−カドミウム二次電池や鉛二次電池と比較して
軽量で、高エネルギー密度が得られ、高電圧を発生で
き、無公害の電池を実現できるため、活発に研究が進め
られている。そこで、種々の提案がなされている。
【0003】例えば、正極活物質として、チタン、モリ
ブデン、ニオビウム、バナジウム、ジルコニウム等のカ
ルコゲナイド(硫化物、セレン化物、テルル化物)や、
モリブデン、タングステン、バナジウム等の金属酸化物
もしくは鉄等のハロゲン化物などが提案されている。
【0004】しかし、これらの正極活物質を使用したリ
チウム二次電池は、電池特性や経済性が実用上十分でな
いために実用化されているものは少ない。例えば、硫化
モリブデンを使用したものは、放電電位が低く、過充電
に弱い等の欠点を有している。また、バナジウム酸化物
を使用したものは放電電位は高いが放電容量が比較的小
さく、充放電サイクルに伴う容量低下も大きい。
【0005】これに対して、近年、放電電圧が高く、サ
イクル特性に優れた正極活物質としてリチウム含有酸化
コバルト(LiCoO:式中、xは電池の充放電状
態によって異なり、通常0.05≦x≦1.10であ
る)が提案されており、これを用いたリチウム二次電池
が実用化されている。また、安価に得られる正極活物質
として、硫酸第二鉄(Fe(SO)が提案され
ている(ECS Spring Meeting,Ho
nolulu,Hawai,May 16−21,19
93,Extended Abstract,vol.
93−1,No.87,p130)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ム含有酸化コバルト(LiCoO)は、その原料と
なるコバルトが高価であり、さらに特定地域に偏在して
いるために経済的に安定供給を確保することが難しいと
いう問題を有している。また、硫酸第二鉄(Fe(S
)は、(NHFe(SO・6H
Oを焼成することにより得られるが、この過程でNO
やSOが発生するため、工業的に使用することは好
ましくない。
【0007】この発明は、このような従来技術の課題を
解決しようとするものであり電池特性及び経済性の両面
に優れたリチウム二次電池を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明者らは、上記の
目的を達成するために種々の検討を重ねた結果、正極活
物質として、Fe(MoOを使用することが有
効であることを見出し、この発明を完成させるに至っ
た。
【0009】即ち、この発明は、リチウムをドープ、脱
ドープできる材料、金属リチウム又はリチウム合金から
なる負極と、正極と、非水溶媒に電解質が溶解されてい
る非水電解液とを備えるリチウム二次電池において、正
極が、組成式Fe(MoOで表される正極活物
質を含むことを特徴とするリチウム二次電池を提供す
る。
【0010】以下、この発明を詳細に説明する。
【0011】この発明は、上述のように、正極を形成す
る正極活物質として、Fe(MoOを使用する
ことを特徴としている。このFe(MoOの製
造方法に特に制限はない。例えば、鉄酸化物とモリブデ
ン酸化物を混合し、酸素存在下で加熱処理することによ
り得られる。また、硝酸鉄(III) あるいは塩化鉄(III)
の水溶液とパラモリブデン酸アンモニウムの水溶液とを
混合して折出沈殿物を得、これを乾燥させ、酸素存在下
で焼成することにより得られる。
【0012】このようなFe(MoOを使用し
て正極を形成するに際しては、公知の導電剤や結着材等
を添加することができる。
【0013】この発明において、負極は、リチウムをド
ープ、脱ドープできる材料、金属リチウム又はリチウム
合金を使用して構成する。このような負極を形成する材
料または負極活物質のうちリチウムをドープ、脱ドープ
できる材料としては、例えば、熱分解炭素類、コークス
類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス
等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化
合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温
度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭
素質材料、あるいはポリアセチレン、ポリピロール等の
ポリマー等を使用することができる。また、リチウム合
金としては、例えば、リチウム−アルミニウム合金等を
使用することができる。
【0014】負極に金属リチウムを使用すると、3V付
近に平坦な作動電圧が得られ、従来の1.5V系電池と
互換性よく使用することが可能となるので好ましい。ま
た、炭素質材料を使用する場合には、予め炭素質材料中
にリチウムをドープしておくことが好ましい。。
【0015】この発明において、非水電解液は従来の非
水系リチウム二次電池と同様のものを使用することがで
きる。すなわち、非水電解液の非水溶媒としては、例え
ばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブ
チレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、
1,2−ジエトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフ
ラン、3−メチル−1,3−ジオキソラン、プロピオン
酸メチル、酪酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、ジプロピルカーボネート等を使用する
ことができる。特に、電圧に安定な点からプロピレンカ
ーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネ
ート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート類、
又はジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ
プロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類を使用す
ることが好ましい。また、このような非水溶媒は、1種
または2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0016】また、非水溶媒に溶解させる電解質として
は、例えば、LiClO、LiAsF、LiP
、LiBF、LiCFSO、LiN(CF
SO等を使用でき、このうち特にLiPFやL
iBFを使用することが好ましい。
【0017】この発明の電池は、電池形状については特
に限定されることはない。円筒型、角型、コイン型、ボ
タン型等の種々の形状にすることができる。
【0018】
【作用】この発明のリチウム二次電池は、正極活物質と
して組成式Fe(MoOで表される化合物を使
用するが、この正極活物質は工業的に容易に得られ、ま
た、主たる構成元素が鉄であるため安価に得られるの
で、優れた経済性を有する。
【0019】さらに、この正極活物質を使用したリチウ
ム二次電池は、活物質内でのリチウムイオンの拡散速度
が速いため、電池特性も向上したものとなる。特に、充
電に際して定電流充電すると、まず電圧が3V付近で一
定となり、その後急速に電圧が上昇するが、この時点で
ほぼ100%の充電が完了している。したがって、10
0%の充電をするために定電流充電をするだけで足り、
従来のように定電流充電後さらに定電圧充電をすること
が不要となる。よって、簡略化した充電器を使用し、急
速充電をすることが可能となる。
【0020】また、この発明のリチウム二次電池におい
て負極に金属リチウムを使用すると、3V付近に平坦な
作動電圧が得られるので、従来の1.5V系電池と互換
性よく使用することが可能となる。
【0021】
【実施例】以下、この発明を実施例により具体的に説明
する。
【0022】実施例1 (i) 正極活物質の合成 酸化鉄(III) と酸化モリブデンとを、Fe:Mo=2:
3となるように混合し、酸素雰囲気中700℃で7時間
加熱処理し、これをサンプル1とした。このサンプル1
の粉末X線回折パターンを測定し、Fe(MoO
であることを確認した。 (ii)正極の作製 正極活物質として上記サンプル1(Fe(MoO
)を80重量%、導電材としてカーボンブラックを1
5重量%、結着剤としてフッ素樹脂粉末5重量%を加
え、乳鉢で十分混合し、その混合物を直径16mmのS
US網上にディスク状に加圧成形し、正極板を得た。 (iii) リチウム二次電池の作製 図1のコイン型電池(外径20.0mm、厚さ2.5m
m)を作製した。この電池は、負極1と正極2とをセパ
レータ3を介してそれぞれ負極電池缶4及び正極電池缶
5に収納し、封口ガスケット6をかしめることにより作
製したものである。
【0023】ここで、負極1としては、リチウム圧延板
を打ち抜いたものを使用し、正極2としては上述の正極
板を使用した。また、セパレータ3としては、ポリプロ
ピレン不織布を用意し、一方、電解液として、プロピレ
ンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(DM
C)との混合溶媒(PC:DMC=1:1(体積比))
に六フッ素リン酸リチウム(LiPF)を1mol/
lの割合で溶解させたものを調製し、これをポリプロピ
レン不織布からなるセパレータ3に含浸させて使用し
た。
【0024】得られた電池の放電特性を、定電流(0.
5mA/cm)で3.2Vと2.5Vの間を充放電さ
せるという充放電サイクルを繰り返すことにより測定し
た。この結果を図2に示す。
【0025】図2から、この電池は3V付近に平坦な作
動電圧をもつ安定した放電特性を有することがことがわ
かる。また、充放電サイクルの繰り返しによる劣化も少
ないことがわかる。
【0026】実施例2 (i) 正極活物質の合成及び正極板の作製 硝酸鉄(III) 水溶液とパラモリブデン酸アンモニウム水
溶液とを、Fe:Mo=2:3となるように混合し、黄
色の折出物を得た。この折出物を分別し、純水で洗浄
し、大気中60℃で乾燥させ、さらに酸素雰囲気中70
0℃で6時間加熱処理し、これをサンプル2とした。こ
のサンプル2の粉末X線回折パターンを測定したとこ
ろ、実施例1で得たサンプル1と同一の回折パターンで
あり、所期のFe(MoOであることが確認で
きた。
【0027】正極活物質として、サンプル1に代えて上
記サンプル2を使用する以外は実施例1と同様にして正
極板を作製した。 (ii)リチウム二次電池の作製 上記(i) で得た正極板を使用し、実施例1と同様にして
リチウム二次電池を作製した。
【0028】得られた電池の放電特性を実施例1と同様
にして測定した。その結果、実施例1と同様の結果が得
られた。
【0029】実施例3 (i) 正極活物質の合成及び正極板の作製 実施例1と同様にFe(MoOを合成し、正極
板を作製した。 (ii)リチウム二次電池の作製 電解液として実施例1と同様のものを調製した。
【0030】また、負極を作製するに際しては、まず、
カーボン(フルフリルアルコールを焼成して得られた難
黒鉛化カーボン)とフッ素樹脂粉末を重量比で9:1に
混合し、これを正極の作製と同様に、直径16mmのS
US網上にディスク状に加圧成形し、負極板とした。そ
して、これをリチウム二次電池に組む前に、予め、電解
液中でリチウム金属電極と対向させて通電し、負極板の
中にリチウムイオンを挿入した。こうして負極板を上述
の正極板と合わせてリチウム二次電池を組んだ場合に、
この負極板でリチウムイオンのドープ、脱ドープが起こ
るようにした。
【0031】その後、この負極板、電解液及び上述の正
極板を使用して実施例1と同様に電池に外径20.0m
m、厚さ2.5mmのコイン型電池を作製した。
【0032】得られた電池の放電特性を実施例1と同様
に測定した。この結果を図3に示す。 図3から、この
電池も良好な放電特性を有することがことがわかる。な
お、この実施例3の放電特性は、図2に示した実施例1
の放電特性と比較すると、作動電圧が時間の経過にした
がって徐々に低下しているが、これは負極の特性による
ものである。即ち、この実施例3では負極に結晶化度の
低いカーボンを使用したが、グラファイトなどの結晶化
度の高い材料を使用すると平坦な放電特性が得られると
考えられる。
【0033】実施例4 (i) 正極活物質の合成及び正極板の作製 実施例2と同様にFe(MoOを合成し、正極
板を作製した。 (ii)リチウム二次電池の作製 上記(i) で得た正極板を使用し、実施例3と同様にして
リチウム二次電池を作製した。
【0034】得られた電池の放電特性を実施例1と同様
にして測定した。その結果、実施例3と同様の結果が得
られた。
【0035】
【発明の効果】この発明によれば、電池特性及び経済性
の両面に優れたリチウム二次電池を得ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で作製したリチウム二次電池の断面図で
ある。
【図2】実施例のリチウム二次電池の放電特性図であ
る。
【図3】実施例のリチウム二次電池の放電特性図であ
る。
【符号の説明】
1 負極 2 正極 3 セパレータ 4 負極缶 5 正極缶 6 封口ガスケット

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムをドープ、脱ドープできる材
    料、金属リチウム又はリチウム合金からなる負極と、正
    極と、非水溶媒に電解質が溶解されている非水電解液と
    を備えるリチウム二次電池において、正極が、組成式F
    (MoOで表される正極活物質を含むことを
    特徴とするリチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 負極が金属リチウムからなる請求項1記
    載のリチウム二次電池。
  3. 【請求項3】 負極のリチウムをドープ、脱ドープでき
    る材料が炭素質材料からなる請求項1記載のリチウム二
    次電池。
JP5345218A 1993-12-21 1993-12-21 リチウム二次電池 Pending JPH07176324A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6391496B1 (en) 1999-03-25 2002-05-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Lithium secondary battery with orthorhombic molybdenum and niobium oxide electrodes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6391496B1 (en) 1999-03-25 2002-05-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Lithium secondary battery with orthorhombic molybdenum and niobium oxide electrodes

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